[發(fā)明專利]一種基于鋼種凝固特性與組織演變規(guī)律的微合金鋼連鑄冷卻控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611008293.3
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106694834B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉青;竇坤;韓延申;孟令濤;劉少偉;曹玲玲;文艷梅;李有懷
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22D11/124
• 分類號: B22D11/124;B22D11/22
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本專利涉及一種基于鋼種凝固特性與組織演變規(guī)律的微合金鋼連鑄冷卻控制方法，其關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容包括目標(biāo)鋼種凝固特性實驗分析、連鑄坯凝固組織數(shù)值模擬和連鑄冷卻過程水量調(diào)控等。首先實驗確定目標(biāo)鋼種在不同冷速下熱塑性和第三脆性溫度區(qū)的變化規(guī)律，其次結(jié)合實驗綜合分析冷速對奧氏體/鐵素體轉(zhuǎn)變以及微合金元素第二相粒子析出規(guī)律的影響，最后提出微合金鋼方坯連鑄冷卻精益控制策略“低過熱度澆注+二冷三區(qū)弱冷+二冷四區(qū)強(qiáng)冷”，并制定相應(yīng)調(diào)控方案，即“過熱度23℃（原值37℃），二冷三區(qū)水量2.6L/min（原值51.5L/min），二冷四區(qū)水量165.6 L/min（原值18.4 L/min）”，構(gòu)建了基于微合金鋼特性的連鑄二次冷卻調(diào)控新機(jī)制，優(yōu)化鑄坯凝固組織結(jié)構(gòu)并提高其表層微觀組織強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及鋼鐵冶金連鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域，適用于微合金化鋼的連鑄生產(chǎn)。連鑄坯較高的等軸晶率和良好的表層組織強(qiáng)度對于減少元素宏觀偏析、降低矯直過程表面裂紋發(fā)生率具有重要作用。本專利通過實驗研究結(jié)合相關(guān)數(shù)學(xué)模型闡明了鋼種的凝固特性及其組織演變規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，歸納提出了一種基于鋼種凝固特性與組織演變規(guī)律的微合金鋼連鑄冷卻控制方法，運(yùn)用此方法能夠在提高微合金鋼連鑄坯等軸晶率的同時強(qiáng)化鑄坯表層組織，改善鑄坯的質(zhì)量。

背景技術(shù)

連鑄坯實際生產(chǎn)過程中結(jié)晶器內(nèi)氣隙的形成及二次冷卻區(qū)水量的非均勻分配會導(dǎo)致連鑄坯“縱-橫”非均勻凝固冷卻，這一現(xiàn)象與連鑄坯典型質(zhì)量缺陷如裂紋及宏觀偏析的產(chǎn)生密切相關(guān)。因此，有必要針對鑄坯連鑄過程的凝固特性及組織性能進(jìn)行研究，分析連鑄冷卻條件下的凝固特性變化規(guī)律，闡明連鑄坯平衡/非平衡組織演變規(guī)律對鑄坯典型凝固缺陷的影響機(jī)制，最終結(jié)合鋼種特性從凝固原理和金屬學(xué)角度對連鑄凝固冷卻工藝提出相應(yīng)工藝優(yōu)化建議。

鋼的連鑄過程冷卻控制是提高連鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵性技術(shù)，主要分為結(jié)晶器冷卻控制和二冷區(qū)控制。其中，結(jié)晶器冷卻控制主要通過調(diào)整鋼液過熱度、結(jié)晶器冷卻水流速及進(jìn)出水溫差來對鋼液的初始凝固過程進(jìn)行控制；二冷區(qū)控制主要通過調(diào)整二冷各段冷卻水量來實現(xiàn)鑄坯的“縱向”均勻冷卻，并以此為基礎(chǔ)合理調(diào)整冷卻水在鑄坯橫截面方向的覆蓋率及噴嘴布置方式來實現(xiàn)鑄坯的“橫向”均勻冷卻，通過上述控制方法的配合實現(xiàn)連鑄坯的“縱-橫”均勻冷卻，以保證鑄坯經(jīng)過連鑄機(jī)矯直點(diǎn)時的表面溫度避開所澆鋼種的“脆性溫度區(qū)間”。然而，對于微合金化鋼種來說，微合金元素V，Ti，Nb等的存在及溶質(zhì)元素的偏析作用將使鑄坯在凝固冷卻過程中產(chǎn)生微合金碳氮化物第二相粒子。若連鑄冷卻控制不當(dāng)，第二相粒子將在晶界大量析出，使鋼的塑性降低，導(dǎo)致矯直過程連鑄坯表面橫裂紋的產(chǎn)生。

實際生產(chǎn)過程中，連鑄坯的凝固組織結(jié)構(gòu)對于溶質(zhì)元素的偏析行為有著重要作用。連鑄坯較高的中心等軸晶率能夠促進(jìn)溶質(zhì)元素的均勻分布，從而減輕了其偏析行為。這一特點(diǎn)要求其連鑄坯應(yīng)當(dāng)具有良好的凝固質(zhì)量，避免出現(xiàn)中心偏析、疏松和裂紋等缺陷。溶質(zhì)宏觀偏析作為連鑄坯常見的質(zhì)量問題，其形成機(jī)理與連鑄坯的凝固冷卻方式聯(lián)系緊密。因此，可以通過調(diào)控連鑄過程冷卻模式來改善連鑄坯凝固組織質(zhì)量，從而降低溶質(zhì)元素的偏析程度。

連鑄過程中結(jié)晶器/二冷區(qū)冷卻效果的直接表現(xiàn)形式為鑄坯表面/內(nèi)部冷卻速率的變化。連鑄過程鋼液的凝固相變、溶質(zhì)元素的偏析、第二相的析出、樹枝晶的生長及初生坯殼的固態(tài)相變及熱塑性均會受到冷卻速率的顯著影響。因此，連鑄過程中結(jié)晶器/二冷區(qū)的冷卻方式將會對連鑄坯的內(nèi)部/表面質(zhì)量產(chǎn)生重要作用。通過合理控制連鑄坯冷卻速率能夠在一定程度上降低連鑄坯中心偏析和表面矯直裂紋的產(chǎn)生。

中國發(fā)明專利CNI01912953A控制連鑄坯表層凝固組織的二次冷卻方法，通過在鑄機(jī)垂直段采用增大原來水量的2～5倍對鑄坯進(jìn)行強(qiáng)冷，控制析出物和凝固組織來控制鑄坯表層凝固組織。但其在垂直段冷卻強(qiáng)度過大，致使鑄坯溫度過低，而當(dāng)鑄坯經(jīng)過彎曲段和矯直段時，會因塑性降低而產(chǎn)生裂紋。